Altera® FPGA Grundlagen und erste Schritte

FPGA Grundlagen

Hintergrundwissen: Integrierte Schaltungen und Logikdesign

Integrierte Schaltkreise (ICs) werden üblicherweise als "Chips" bezeichnet. Sie implementieren sehr kleine elektronische Schaltungen auf einem Siliziumsubstrat. CPUs, GPUs und FPGAs sind alle ICs. Die meisten ICs implementieren das Logikdesign. Elektrische Signale treten in einen IC ein und werden basierend auf ihrem Spannungspegel als "0" oder als "1" interpretiert. Sie können sich verschiedene Signale ansehen, um viele Werte zu sammeln, oder Sie können dasselbe Signal viele verschiedene Male betrachten und sehen, wie es sich ändert.

Beim Logikdesign handelt es sich um den Entwurf von Schaltkreisen, die Entscheidungen auf der Grundlage dieser Werte "0" und "1" treffen. Ein logisches Design besteht aus logischen Gattern, um zwei oder mehr verschiedene Werte zu vergleichen – um Fragen zu beantworten wie: "Sind beide Werte gleich?" oder "Sind beide Werte gleich 1?" Darüber hinaus räumen Strukturen, die als "Flipflops" bezeichnet werden, diese Fragen zeitlich aus. Moderne logische Designs haben Tausende bis Billionen von logischen Gattern.

Eine gute Analogie ist, wenn Sie Klaviermusik hören. Bei jeder Zeitzählung bestimmt der Musiker, welche Note Sie hören werden. Jede Entscheidung ist einfach, aber ein schönes Lied erfordert viele Entscheidungen und viel Geschick. Eine Reihe guter Logikdesigns in einem IC kann erstaunliche rechnerische Antworten liefern!

Was ist ein FPGA?

FPGA ist ein Akronym für Field Programmable Gate Array. FPGAs handelt es sich um Halbleiter-ICs, bei denen ein Großteil der Funktionalität im Inneren des Geräts geändert werden kann. vom Entwicklungsingenieur geändert, während der Leiterplattenbestückung oder sogar nach der Bereitstellung eines Produkts.

Die Änderungen werden erzeugt, indem geändert wird, welche elektrischen Ein- und Ausgänge empfangen werden, welche logischen Gatter und Flipflops implementiert sind und wie diese Gatter miteinander verbunden werden.

Ein FPGA besteht aus einem Raster konfigurierbarer Logik, die als adaptive Logikmodule (ALMs) bezeichnet werden, und spezialisierten Blöcken, wie z. B. digitale Signalverarbeitungsblöcke (DSP) und RAM-Blöcke (Random-Access Memory). Diese programmierbaren Blöcke werden über konfigurierbare Routing-Schnittstellen kombiniert, um komplette digitale Schaltungen zu realisieren.

Wer verwendet FPGAs?

Entwickler

Entwickler nutzen FPGAs in der Elektronikindustrie für viele verschiedene Anwendungen.

Forscher

Forscher nutzen FPGAs, um den logischen Entwurf zu erforschen, schwierige Probleme zu lösen und neue Algorithmen zu implementieren.

Studenten

Da FPGAs immer wieder neu programmiert werden können, sind sie eine ideale Möglichkeit, Logikdesign zu erlernen.

Hobbyisten

Wie Studenten haben Hobbyisten oft den Wunsch, Logikdesign zu lernen, und FPGAs sind perfekt dafür.

Warum sollten Sie einen FPGA verwenden?

Zu den Vorteilen der Verwendung eines FPGA gehören:

Flexibilität

FPGA Funktionalität kann sich bei jedem Einschalten des Geräts ändern.

Beschleunigung

Bringen Sie Ihre Produkte schneller auf den Markt und/oder steigern Sie die Leistung Ihres Systems.

Integration

Zu den heutigen FPGAs gehören On-Die-Prozessoren, Transceiver-I/Os mit 28 Gbit/s (oder schneller), RAM-Blöcke, DSP-Engines und mehr.

Gesamtbetriebskosten

ASICs mögen zwar pro Exemplar weniger kosten als ein gleichwertiges FPGA, aber ihre Herstellung erfordert einmalig anfallende Kosten, teure Softwaretools, spezialisierte Designteams und lange Fertigungszyklen.

Wie benutzt man einen FPGA?

Design-Methodik	Beschreibung	Primär verwendetes Tool
Traditionelles FPGA Design	Diese Methodik verwendet eine Hardware Description Language (HDL) zur Beschreibung eines Designs und ein Electronic Design Automation (EDA) Tool, um Ihre Designbeschreibung in eine FPGA Implementierung umzuwandeln.	Quartus® Prime Design-Software
High-Level-Design	Diese Methodik nutzt eine höhere Sprache, in der Regel Data Parallel C++ (DPC++), um einen Entwurf zu beschreiben. Um nur DPC++ verwenden zu können, müssen Sie ein unterstütztes Mainboard verwenden, das an einen Computer mit einem x86-Host angeschlossen ist. Sie können diese Methodik mit herkömmlichem FPGA Design kombinieren, um die Produktivität zu steigern.	FPGA Support-Paket für Intel® oneAPI DPC++/C++ Compiler
Nutzen Sie FPGA Designservices	Wenn Sie ein FPGA in Ihrem Produkt verwenden möchten, aber nicht über das Know-how verfügen, um das Design selbst durchzuführen, gibt es bei Intel viele Partner, die FPGA Design-Services anbieten.	FPGA Designservices

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Erste Schritte

Ausbildung

Intel FPGA Technical Training bietet zwei Kurse speziell für Anfänger FPGA Lernende an. Wählen Sie Ihren Weg abhängig von Ihrem Lernstil. Die Teilnahme an Intel FPGA Technical Training ist kostenlos.

Einsteiger-Workshop für Altera® FPGAs

Lernst du gerne mit einem Instruktor? Nehmen Sie an diesem 3-stündigen praktischen Workshop teil.

Anfänger Altera® FPGA Designer

Sind Sie ein selbstgeführter Lerner? Dieser Lehrplan wird Ihnen den Einstieg erleichtern!

Intel® FPGA Technical Training Katalog

Dieser Katalog listet alle Kurse auf, die für Anfänger bis Fortgeschrittene verfügbar sind.

Weitere Ressourcen für erste Schritte

Altera University Newsletter

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FPGA Software-Download-Center

Laden Sie die Software herunter, um Ihr eigenes FPGA Design zu erstellen. Für die Lite-Version ist keine Lizenz erforderlich. Laden Sie es hier herunter.

FPGAcademy Tutorials

Diese Tutorials sind perfekt für diejenigen, die mehr Hintergrundwissen im Design digitaler Logik benötigen. Besuchen Sie sie jetzt.

Einführendes eBook

Dieses kostenlose eBook kann Ihr Wissen über FPGAs erweitern. Laden Sie das Buch jetzt herunter.

Lernen Sie weiter

Zusätzliche Ressourcen für Anfänger
Intel FPGA Technical Training	Intel bietet kostenlose technische Schulungen zum Erlernen der Verwendung von Intel FPGAs an. Lernen Sie fortgeschrittene Themen wie Timing-Closure-Methodik und Plattform-Designer kennen.
Intel FPGA Academic Program	Wir bieten Ressourcen an, um Lehrern und Professoren dabei zu helfen, Kurse für Ingenieur- und Informatikkurse zu erstellen.
FPGA Forum in Intel Communitys	Holen Sie sich Support und tauschen Sie sich mit Mitgliedern der FPGA Entwickler-Community aus.
DE-10 Lite Mainboard	Dieses Board ist eine gute Wahl für Anfänger.
Intel FPGA Designbeispiele	Dieses Repository mit Designbeispielen für Intel FPGAs enthält Designbeispiele für Designer aller Ebenen.
Intel FPGA Support-Ressourcen	Auf dieser Seite finden Sie alle Support-Ressourcen, die Intel FPGA Entwicklern zur Verfügung stehen.